数字式半导体测控芯片DS1620在温度自动控制中的应用

介绍了数字式温度测控芯片在数字放射系统中X射线采集板温度自动控制中的应用。采用PC和单独控制双模块分别控制温度，利用半导体传感器DS1620进行四路温度采集，通过单片机和PC串口通信、半导体制冷芯片控制X射线采集板的工作温度。将其工作温度控制在最佳工作范围以便采集到更好的图像，在通信故障时通过单独控制模块来控制采集板的温度。
    关键词：数字放射系统，温度控制，通信，制冷芯片
　　

1　引　言
　　我国人口众多，医院病人流量很大，一个大型医院放射科每天的病人在一百五十到二百人之间，一位放射科的主治医生审一位病人片子的时间只有三分钟，一个在数字放射系统（DigitalRadiography，DR）最佳温度工作范围内采集的图像，经工作站处理后能让医生审片的时间只有数秒，而在此温度之外采集到的图像，工作站要一分钟的处理时间，这对于只有三分钟审一幅片子的医生来说时间是最重要的。我国医疗环境比较差，医院对整体系统的要求非常高，比如，对系统的稳定性、安全性、易维护性、易操作性的要求就很高。所以，DR系统的温度控制是必不可少的，且要求也非常高。
2　DS1620基本特性
　　DS1620是DALLAS公司生产的数字式温度测控芯片，其测温范围宽、读数稳定、外围电路少，与PC机和单片机接口方便，可广泛应用于温度控制，温度测量，工业系统及热敏系统中。
　　它的基本特性如下〔1〕：测温范围－55℃～＋125℃，测量分辨率0．5℃；温度值以9位数字读出；在1秒内将温度值转化成数字量；上下限温度设置为用户可定义式，且恒定存储；数据的读写通过3线串行接口（CLK，DQ，RST）；工作频率最大为2MHz；不需外围电路。
　　DS1620为8脚DIP或SOIC封装，其引脚功能如表1所示。

3　DS1620测温原理
　　DS1620通过其专用的片载温度测量技术进行温度测量，其测温原理如图1所示。对低温系数振荡器的　　脉冲个数进行计数，计数脉冲的周期由高温系数振荡器来决定〔1〕〔2〕。计数器和温度寄存器预先设置为－55℃的基准，如果计数器在脉冲周期结束之前到达0，则温度寄存器开始增数，表明温度值在－55℃之上，如此循环增值，最终温度寄存器中的数字量即为所测温度值〔3〕〔4〕。

　　计算温度值在DS1620内部进行，采用分辨率为0．5℃。DS1620的温度值以1／2℃LSB（最低有效位）表示，9位数据格式如下：

　　以DS1620为温度传感器可构成温度测量系统，通过PC机或单片机控制DS1620进行温度采样，并由数字量转换为摄氏温度，然后进行温度显示和控制。
4　温控系统的组成
　　系统由主控模块、测温模块、单独控制模块、通讯模块、制冷模块、报警模块、供电模块构成。所用的主要元器件有：AT89C51，DS1620，MAX232，SN75451和半导体制冷芯片。
　　主控模块由AT89C51构成，主要功能是向测温模块采集数据并进行处理，再将处理结果发送给PC，同时，接收由PC发送的命令，执行PC命令来控制制冷模块。
　　当测得的四个测温芯片都高于25℃（测温芯片的TCOM脚输出都为高）时，AT89C51的P0．0～P0．3为高。AT89C51采集到该信号时，将由P1．6发送报警信号给PC，并用P1．7接收由PC发送的控制信号：当测得的4个测温芯片中任意一个低于20℃（测温芯片的TCOM脚输出为低）时，AT89C51的P0．0～P0．3为低。AT89C51采集到该信号时，也将由P1．6发送报警信号给PC，并用P1．7接受由PC发送的控制信号。如果接收到PC发高于25℃信号，将P1．4置低驱动75451的输出晶体管，使之导通，驱动继电器吸合使制冷芯片制冷；当接收到PC发低于20℃信号，将P1．4置高，75451的输出晶体管截止，驱动继电器不吸合使制冷芯片停止制冷。　　测温模块测量数据采集板四个角的温度。当温度高于25℃时，DS1620的TCOM端发高电平；当温度低于20℃时，TCOM端发低电平。DS1620将TCOM端的信号分别发送到AT89C51的P0．0～P0．3管脚和GD74LS20，由AT89C51或GD74LS20来进行相应的控制。
　　通信模块通过普通I／O口与PC机RS－232串口实现通信的硬件接口电路。由于PC系列微机串行口为RS－232C标准接口，与输入、输出均采用TTL电平的AT89C51单片机在接口规范上不一致，因此，TTL电平到RS－232接口电平的转换采用MAXIM公司的MAX232标准RS－232接口芯片。该芯片可以用单电压（＋5V）实现RS－232接口逻辑“1”（－3V～＋15V）和“0”（＋3V～＋15V）的电平转换。AT89C51的P1．6模拟发送端，P1．7模拟接收端。
　　DS1620与计算机接口电路如图2所示，A／D接口电路为DS1620提供＋5V电源，C3为去耦电容，R1、R2、R3为上拉电阻，R4、C1对CLK时钟信号滤波并防止负脉冲，C2防止数据线DQ出现脉冲。

　　当单片机和PC通信出现故障时，单独控制模块可以让温控自己工作，以保证生产的顺利进行。利用DS1620发出的逻辑信号，用74LS20做一个与或处理，将处理过的信号发给SN75451来控制继电器的吸合。

　　报警是为了防止制冷芯片一味制冷而损坏X射线采集板，或达到上限温度却不制冷而设计的，它是本系统安全可靠地工作的保证。报警模块原理如图3所示，当测量　　温度高于上限时，74LS20输出为低电平，经74LS04反相为高电平。这时，如果制冷芯片工作，A、B点均为高电平，D4、D5均截止；如果制冷芯片不工作，则A点为高电平，B点为低电平，则D5亮不制冷报警。当测量温度低于下限温度时，74LS20输出高电平，经74LS04反相为低电平。这时，如果制冷芯片不工作，A、B点均为低电平，D4、D5均截止；如果制冷芯片工作，A点为低电平，B点为高电平，D4亮危险报警。
5　温控系统在DR中的应用
　　将温控系统应用在DR中，实现对DR－X射线采集板的温度控制。图4（a）为有温控系统时采集到的图像，而图4（b）为没有使用温控系统所采集到的X光片图像。从图4的对比中可以看到，有温控系统时采集到